В самый разгар лета в южном полушарии Марса полярная шапка настолько уменьшается в размерах, что становится неразличимой с Земли. Подробности снежного покрова можно рассмотреть с близкого расстояния от планеты, например с орбиты искусственного спутника Марса. На этом рисунке размеры области, покрытой инеем и снегом, не превышают 400 километров на местности. Положение центра полярной шапки смещается от географического полюса к полюсу холода. Точка южного полюса на рисунке находится на краю заснеженной области ниже и левее ее центра. В это время долгого полярного дня Солнце еще невысоко поднялось над горизонтом южного полюса. В правой части рисунка поверхность освещена лучше. Но все же и косые лучи Солнца позволяют хорошо разглядеть подробности снежного покрова яркой полярной шапки.
Еще в конце XVIII века Вильям Гершель в Англии при наблюдениях Марса подметил, что размеры белых полярных шапок планеты периодически изменяются, а цикл этих изменений полностью совпадает со сменой сезонов.
Возникло предположение, что с началом лета ледяные или снеговые полярные шапки начинают интенсивно таять.
Далее было обнаружено, что уменьшение «снеговых» шапок влечет за собой «волну потемнения», которая медленно распространяется из полярных областей в умеренные широты. На первый взгляд это явление вполне убедительно говорило о потоках влаги, оживляющих в теплый сезон марсианскую поверхность.
Примерно через 100 лет после наблюдений В. Гершеля итальянские астрономы А. Секки и Д. Скиапарелли сообщили в разное время, что они видят тонкие, длинные линии, как бы связывающие сетью каналов полярные и умеренные зоны планеты. Название «каналы» утвердилось за этими образованиями.
Но что понимать под этим словом.
Американский астроном П. Ловелл, построивший в пустыне Аризоны специальную обсерваторию для наблюдений Марса, был, например, горячим защитником гипотезы искусственного происхождения каналов. Вокруг этого предположения другие ученые выстраивали еще более удивительные гипотезы о существовании марсиан и марсианской цивилизации, более развитой, чем земная.
Около семидесяти лет длилось это «нашествие марсиан на Землю» и не прекращались споры о существовании самих каналов.
Объекты подобных размеров находятся на пределе видимости с Земли. Поэтому часть наблюдателей «видела» каналы, другая часть утверждала, что происходит «обман зрения» и отдельные, не связанные на самом деле между собой мелкие детали воспринимаются как тонкие линии или сеть подобных линий.
Что же происходит в действительности и какова природа сезонных изменений Марса на самом деле?
Не будем подробно прослеживать весь путь открытий и заблуждений, который пройден наукой, прежде чем ею были добыты достоверные факты. Многие десятилетия потратили астрономы на наблюдения и обдумывание результатов, годы провели конструкторы над проектами космических аппаратов, прежде чем были получены известные сегодня знания о природе Марса. Конечно, известно еще далеко не все. Многие подробности ждут своего уяснения.
Итак, что же мы узнали? Да, полярные шапки Марса действительно изменяют свои размеры и структуру из-за того, что сезонные изменения температуры влияют на состояние замерзшего вещества этих образований. Да, волна потемнений действительно существует и периодически проходит от полярных областей в умеренные пояса и обратно. Но природа этого явления совсем иная, чем думали астрономы.
Оказалось, что каналов в том понимании, какое существовало во времена споров, на поверхности Марса нет. С борта космических станций были сфотографированы удивительные детали рельефа — огромные долины и протяженные трещины. Совместить какой-нибудь из каналов, нанесенных на старые карты, с вновь обнаруженной долиной или трещиной в марсианской коре не удалось. И уж тем более, эти достоверные образования не имеют никакого отношения к сезонным изменениям полярных шапок или к природе волн потемнения.
Следует ли разочаровываться и огорчаться, что реальная действительность оказалась гораздо скучнее придуманных гипотез? Наверное, нет. Природные механизмы наблюдаемых явлений не менее интересны. Когда становятся понятными причины и следствия и видишь, как одно событие естественно вытекает из другого, остается лишь в очередной раз воскликнуть: ну как же все удивительно устроено природой!
Наиболее заметный рост белых верхушек Марса происходит с начала осени до начала весны в каждом полушарии. Осенью над полярной областью начинает сгущаться плотная белая мгла. Постепенно она окутывает значительную территорию, распространяясь, особенно в южном полушарии, на часть умеренного пояса. Этот плотный туман сохраняется до весны, когда под ним постепенно начинает проглядывать сама полярная шапка. С приходом весны размеры белого пятна начинают быстро уменьшаться и значительная часть полярной шапки стаивает. Оказывается, полярные белые области Марса состоят из двух слоев. Нижний и основной слой образован обычным водным льдом. Подобно ледовому материку на Земле — Антарктиде, толщина северной полярной шапки Марса, состоящей из льда, может достигать 4 километров.
Этот гигантский резервуар замерзшей воды в полярных областях Марса во время смены сезонов практически меняется по размерам очень мало. Наблюдаемые сезонные изменения полярных шапок происходят за счет второго, верхнего слоя, состоящего из замерзшей углекислоты или «сухого» льда.
С приближением марсианской осени над полярными областями начинают появляться неустойчивые голубовато-белые облака. Сначала облака, едва сгустившись, исчезают и не живут больше одних суток. Потом одни и те же образования можно наблюдать в течение нескольких суток. Наконец, как уже упоминалось выше, полярную зону окутывает плотная мгла. В это время на поверхность осаждается снег или иней из углекислоты.
Слой «сухого» льда невелик и достигает лишь нескольких сантиметров, но площадь, покрываемая им, быстро растет.
Замерзшая углекислота укутывает и льды постоянной полярной шапки, и еще большую территорию окружающей поверхности.
В это время температура полярных областей Марса опускается до –125 градусов по Цельсию, до самой низкой отметки во все времена года на всей планете. Эта температура как раз и соответствует известной из физики температуре замерзания углекислоты в условиях Марса, то есть при существующем там низком давлении.
С наступлением весны повышающаяся температура поверхности разрушает слой инея, полярные шапки постепенно уменьшаются до незначительных размеров. Летом в полярной зоне температура повышается до — 70 градусов. Остается лишь нижний, основной слой полярного льда, который не тает, потому что состоит из замерзшей воды. А для таяния водного льда, как мы знаем, нужны гораздо более высокие температуры, гораздо большее количество тепла. Но подобного тепла нет не только в полярных зонах Марса, его нет и в умеренных поясах, нет и в тропиках планеты.
То, что было рассказано о полярных шапках Марса, относится и к северной и к южной верхушкам планеты. Но есть и некоторые своеобразные отличия.
Припомните, лето в северном полушарии приходится на время прохождения планетой афелия, то есть точки наибольшего удаления от Солнца. А лето в южном полушарии совпадает с прохождением перигелия, то есть с наибольшим приближением к Солнцу. Для климатических особенностей Марса это означает, что вода систематически собирается у северного полюса, а углекислоты больше накапливается у южного.
На эти процессы, происходящие в масштабах всего марсианского шара, оказывают влияние и другие особенности природы планеты. Но вот интересная подробность: южная полярная шапка больше состоит из углекислоты, а северная полярная шапка в большей мере образована водяным льдом вперемешку с пылью. В районе южного полюса располагается и «полюс холода» Марса. Здесь были зафиксированы самые низкие температуры: -139 градусов по Цельсию.
